超声波技术应用现状(2)

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　山　西　化　工　　　　　　　　　　　　　　　　　2007年2月 26

产生一系列效应,如力学、热学、化学和生物效应等。这些效应可归结为以下三种基本作用[3]:1.2.1　热作用

超声波在媒质中传播时,大振幅声波会形成锯齿形波面的周期性激波,在波面处造成很大的压强梯度。振动能量不断被媒质吸收转化为热量而使媒质温度升高,吸收的能量可升高媒质的整体温度和边界外的局部温度等。1.2.2　机械作用

超声波是机械能量的传递形式,与波动过程有关,会产生线性的交变振动作用,原点位移、振动速度、加速度以及声压参数可以表现超声效应。超声波在液体中传播时,其间质点位移振幅虽然很小,但超声引起的质点加速度却非常大。当20kHz、1W/m2的超声波在水中传播时,其产生的超声波压力在-173kPa～173kPa,最大质点加速度达14.4km/s2。因此,超

由基( OH的氧化能力仅次于元素F)。另外,溶解在溶液中的空气(N2和O2)也可以发生自由基裂解反应,产生 N和 O自由基,这些自由基会进一步引发有机分子的断链、自由基的转移和氧化还原反应,从而对废水进行有效的处理。

超声技术可用于各种难降解的废水,目前已用于卤代脂肪烃[5]、单环芳香族化合物和多环芳烃[6]、酚类、氯化烃、有机酸和染料等有机物,并取得了良好的效果。Kotronaron[7]采用超声技术处理

--含P、S的废水,结果完全转化为PO2和SO244。Hoflman等发现卤代烃、杀虫剂、苯酚和酯类物质在超声的作用下能够降解成短链的有机酸、CO2和无机离子。祁梦兰[8]利用超声处理染料废水,发现废水的可生化性提高,BOD2/COD由0.22～28上升到0.44～0.51。[9]、五氯

声波作用于液体时会产生激烈而快速变化的机械运

动。1.2.3　空化作用

(),荡、生长、。空化气泡在超声的作用下经历超声的稀疏相和压缩相时,气泡经多次周期振荡最终以高速崩裂。由于空化气泡寿命极短(约0.1μs),可产生高速(110m/s)微射流,碰撞密度高达1.5kg/m2,产生高电流,并伴有强烈的冲击波。空化使气相反应温度达5000K左右,液相反应温度达1900K左右,局部压力50MPa,温度变化率高达1.0×109K/s[4]。这样可使媒质在空化气泡内发生化学键破裂、水相燃烧或热分解,并可促进均相界面的扰动和相界面的更新,从而加速界面间的传质和传热过程。

2和H2O;生1h,可除去%。2.超声技术以其作用力强、作用面宽、对环境无污染的特点在造纸工业中得到了很好的应用,特别在废纸的回收利用、废水处理和纸张在线检测方面显示了广阔的应用前景。

研究发现,在纤维预处理过程中,用超声波处理木浆具有与机械打浆、精浆相似的效果,可对纤维细胞壁产生位移、变形以及细纤维化等作用[10]。唐爱民等[11]将超声技术应用于速生材木浆纤维的预处理,实验发现,超声波处理不仅对纤维有机械打浆效应,而且经超声波处理后,纤维的保水值增大,纤维的可及度和反应性能显著提高。刘丽[12]等用超声波技术处理芳纶纤维,研究发现,超声作用可以活化纤维表面,使芳纶表面含氧官能团增加,纤维表面张力中极性分子增加了23.5%;研究还发现,超声对纤维表面有刻蚀作用,纤维比表面增加了35%,大大提高了纤维的层间结合能力。

超声波在脱墨和提高纸张性能方面也都取得了令人满意的效果。William等[13]研究了超声波处理静电复印纸的办公混合废纸油墨脱除情况,结果表明,浮选之前采用间歇法或连续法超声波处理能够裂解油墨粒子,降低油墨粒子尺寸,裂解后的油墨粒子采用浮选的方法较易脱除。伍红、谢益民等[14]进行了酶与超声波协同作用对废旧彩色胶印新闻纸的脱墨研究,处理后浆的白度比空白样提高5%ISO,无机颜料含量明显降低,纤维表面的油墨粒子大部

2　超声波技术的应用现状

超声技术是一门以物理、电子、机械以及材料为基础的通用技术之一。目前,超声技术的应用已经深入到社会生活的各个领域。超声技术是通过声波的产生、传播及接收的物理过程而完成的,它的应用研究正是结合超声波之独有特性而展开的。2.1　超声波技术在废水处理中的应用

超声波对废水的处理主要利用空化作用以及由此引发的物理和化学变化。在超声波空化产生的局部高温、高压环境下,水被分解,产生 H和 OH自